Brevet 2025 Sciences : sujet et corrigé

Balle de tennis de table

La fédération internationale de tennis de table a fait le choix en 2014 de changer la composition de la balle initialement en celluloïd. Celui-ci étant inflammable, il a été remplacé pour des raisons de sécurité par l’Acrylonitrile-Butadiène-Styrène (ABS).

Données :

• intensité de la pesanteur sur la Terre : $g=9,8\text{ N/kg}$
• masse de la balle : $m=2,7\text{ g}$

Extrait de la classification périodique des éléments :
(Tableau présentant l'Hydrogène, l'Hélium, le Lithium, le Béryllium, le Bore, le Carbone, l'Azote, l'Oxygène, le Fluor, le Néon, le Sodium, le Magnésium, l'Aluminium, le Silicium, le Phosphore, le Soufre, le Chlore, l'Argon avec leurs symboles ${}_Z^{A}X$)

Quelques pictogrammes de sécurité :

• Pictogramme A : Toxique (tête de mort)
• Pictogramme B : Corrosif
• Pictogramme C : Inflammable (flamme)

Question 1 (1 point). Indiquer quel pictogramme est associé aux balles en celluloïd.

Pour créer des balles en ABS, on réalise une transformation modélisée par l’équation de réaction suivante :
$$\text{acrylonitrile}+\text{butadieˋne}+\text{styreˋne}\to \text{ABS}$$

Question 2 (3 points). Indiquer s’il s’agit d’une transformation physique ou chimique. Justifier la réponse.

Question 3 (3 points). Indiquer le nom et le nombre des atomes présents dans la molécule d'acrylonitrile de formule chimique $C_3{H}_{3}N$.

Question 4.1 (2 points). Donner le nombre de protons que possède l'atome d’azote. Justifier la réponse.

Question 4.2 (3 points). Donner le nombre d’électrons que possède l'atome d’azote. Justifier la réponse.

Un échange de tennis de table commence par le service d’un joueur. Il lance alors la balle verticalement puis la frappe lors de sa descente.

Chronophotographie de la balle dans la phase de descente :
(Image montrant les positions successives 1, 2, 3, 4, 5 de la balle tombant verticalement d'une hauteur $h$)

Question 5 (2 points). Caractériser le mouvement de la balle lors de la phase de descente avec deux mots choisis dans la liste suivante : rectiligne, curviligne, uniforme, circulaire, accéléré, décéléré.

L’énergie potentielle de position $E_{pp}$ d’un objet de masse $m$ est définie par l'expression :
$$E_{pp}=m\times g\times h$$

Avec $E_{pp}$ l'énergie potentielle de position en joule (J), $h$ l'altitude de la balle en mètre (m) par rapport au point d'impact de la balle avec la raquette, $m$ la valeur de la masse en kilogramme (kg) et $g$ l'intensité de pesanteur en newton par kilogramme (N/kg).

Question 6 (3 points). Calculer l’énergie potentielle de position $E_{pp1}$ de la balle au début de la descente, pour une altitude $h$ de valeur égale à $0,50\text{ m}$ par rapport au point d'impact de la balle avec la raquette (position 5 sur la chronophotographie).

Question 7 (3 points). Indiquer la relation qui permet de calculer la valeur de l’énergie cinétique $E_c$ d’un objet parmi les trois relations proposées dans le tableau ci-dessous. Nommer ensuite les grandeurs $m$ et $v$ et donner leur unité pour déterminer cette énergie en joule.

En position 1 la vitesse de la balle est nulle et en position 5 elle est maximale. Comme les frottements sont négligés lors de la descente de la balle, on peut donc admettre que l’énergie mécanique $E_m$ est conservée.

Question 8 (5 points). Déterminer la valeur de la vitesse maximale $v_{max}$ de la balle au moment de l’impact avec la raquette (position 5 sur la chronophotographie). Détailler le raisonnement. Toute démarche, même partielle, sera prise en compte.

Vers de terre et agriculture

Les vers de terre sont des organismes vivant naturellement, et en grand nombre, dans les sols. Leur action est essentielle dans le cycle de la matière, utile à la préservation des sols de culture. Leur sauvegarde constitue donc un enjeu majeur pour préserver notre capacité à nous nourrir et à nourrir les générations futures.

Document 1 : la formation du sol sous l’influence des vers de terre
Document 1A : le lombricomposteur
Un lombricomposteur permet de fabriquer du compost* à partir de déchets de cuisine grâce à l'action des vers de terre. Ces derniers aident à mélanger et à décomposer les déchets organiques, fabriquant ainsi un compost de grande qualité. (D'après lefigaro.fr)
*Le compost est un engrais constitué d'un mélange de matières organique et minérale dont nitrates et phosphates. Il permet une bonne croissance des plantes dans les cultures.
(Photographies montrant un lombricomposteur au Jour 1 avec des déchets de cuisine et au Jour 7 transformé en terreau sombre).

Document 1B : compositions d’un sol de culture et des déjections de vers de terre

Question 1 (6 points) : à l'aide de l'ensemble des informations du document 1A, expliquer les différences observées entre les deux photographies.

Question 2 (4 points) : à l’aide des documents 1A et 1B, répondre au questionnaire directement sur l’annexe 1.

Document 2 : impact de plusieurs pratiques agricoles sur les vers de terre
Le labour consiste à retourner la terre en profondeur à l’aide d’une charrue pour mettre en place une culture. Les pesticides sont utilisés pour lutter contre les organismes jugés nuisibles pour les cultures. Pour enrichir le sol en matière minérale, on peut utiliser deux types de fertilisants : des engrais chimiques ou du fumier.

(Graphique 1 : Impact du labour et des fertilisants sur le nombre de vers de terre par m², comparant 'avec labour' et 'sans labour' pour engrais chimique vs fumier).
(Graphique 2 : Impact de la quantité de pesticides sur le nombre de vers de terre par m² pour deux espèces : A. chlorotica et L. castaneus).

Question 3 (8 points) : à l’aide du document 2, identifier l'impact positif ou négatif des trois pratiques agricoles suivantes sur le nombre de vers de terre : le labour, le type de fertilisant et l’usage de pesticides. Une justification chiffrée pour chacune des pratiques est attendue.

Question 4 (7 points) : à l’aide de l’ensemble des documents et de vos connaissances, expliquer en quoi la préservation des vers de terre est un enjeu important pour nourrir l'humanité. Préciser les pratiques agricoles à encourager ou à limiter pour y parvenir.